李開基

摘 要：熱電廠是利用加熱水，用水沸騰產(chǎn)生的水蒸氣推動(dòng)渦輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)作。這個(gè)過程中能源轉(zhuǎn)換率較低，同時(shí)熱反應(yīng)會(huì)消耗大量的能量去滿足反應(yīng)中的焓。了解熱動(dòng)力工程對(duì)于熱電廠的節(jié)能減排，提高發(fā)電功率有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：熱電廠；熱能動(dòng)力工程；節(jié)約能源；能源轉(zhuǎn)化率

熱動(dòng)力方程是是研究物質(zhì)在加熱沸騰后產(chǎn)生氣體里，氣態(tài)分子的運(yùn)動(dòng)方向和動(dòng)力。通常在蒸汽機(jī)中，氣態(tài)分子的動(dòng)力利用率很低，大部分通過熱能的方式散發(fā)浪費(fèi)。因此通過熱動(dòng)力的研究，增加能源得轉(zhuǎn)換率，把更多的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兯枰碾娔?，達(dá)到能源得充分利用，這是熱電廠的一個(gè)重要技術(shù)課題。

1 提高能源轉(zhuǎn)換率的手段

在熱電廠利用熱能轉(zhuǎn)換電能的過程中，一共分為多個(gè)階段，首先是燃料燃燒，將其化學(xué)能轉(zhuǎn)換出來，之后由燃燒之后產(chǎn)生的熱能加熱水，讓水產(chǎn)生分子動(dòng)能，利用水蒸氣分子推動(dòng)發(fā)電機(jī)渦輪，利用電磁效應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的電能。在整個(gè)過程，從化學(xué)能到最后輸出的電能，能源轉(zhuǎn)換率一般不會(huì)超過20%。其中主要浪費(fèi)能源的環(huán)節(jié)就是在水分子熱動(dòng)力環(huán)節(jié)。所以想要提高能源轉(zhuǎn)換率就容易做出改進(jìn)的就是在水分子熱動(dòng)力方程中做出提升，減少水的熱能浪費(fèi)，或者讓浪費(fèi)的熱能能夠重新利用。因此就出現(xiàn)了改造的兩種思路，第一種時(shí)，通過設(shè)計(jì)蒸汽渦輪，以及鍋爐等方面的因素，讓水蒸汽更具有熱動(dòng)力；第二種是利用熱能回收裝置，提高能源的二次利用。

2 工況改變導(dǎo)致的能源浪費(fèi)

當(dāng)鍋爐開始工作時(shí)，改變工況會(huì)導(dǎo)致較大的能力損失，改變工況會(huì)造成蒸汽的分布的不均勻，導(dǎo)致在推動(dòng)渦輪的情況下渦輪的速度進(jìn)程發(fā)生改變，增加了渦輪的摩擦的損耗。這樣造成很多功被用來克服相應(yīng)的速度改變，導(dǎo)致能源轉(zhuǎn)換的大大下降。同時(shí)因?yàn)闇u輪的速度不穩(wěn)定也會(huì)導(dǎo)致電磁電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，造成電流的不穩(wěn)定性，造成存儲(chǔ)中的諸多不便。

2.1 改變工況的原因

改變工況可能有多種原因，主要有以下幾種原因：（1）鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定，鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定可能在于長(zhǎng)期使用造成的鍋爐受熱不均，或者燃料有問題，燃料劣質(zhì)，或者沒有及時(shí)添加，或者添加不均勻均會(huì)造成相應(yīng)的鍋爐工況不穩(wěn)定。（2）渦輪摩擦力的不均勻?qū)е碌?，渦輪的摩擦導(dǎo)致相應(yīng)的轉(zhuǎn)速也不均勻，造成了輸出功率的不穩(wěn)定性。（3）設(shè)備老化，或者腐蝕嚴(yán)重。發(fā)電機(jī)組因?yàn)榕c蒸汽距離很近所以在相應(yīng)的水蒸氣較多，容易發(fā)生設(shè)備磨蝕和老化現(xiàn)象。在設(shè)備老化后，很多裝置帶病運(yùn)行，影響了機(jī)組的整體工況。有兩組機(jī)組的電力工廠盡管在不斷改變的工況下，但是自身所采用的速度控制裝置能幫助機(jī)器進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)整，維護(hù)工況的穩(wěn)定性。這樣的操作通常稱之為一次調(diào)頻。其主要的特征是反應(yīng)速度快，根據(jù)不同的機(jī)組有不同的效果，同時(shí)需要人工來操作。與一次調(diào)頻相對(duì)應(yīng)的就是二次調(diào)頻，一次調(diào)頻有著相應(yīng)的缺點(diǎn)，需要人工的操作，因?yàn)殡姀S是24小時(shí)工作，所以在一次調(diào)頻中需要有員工24小時(shí)的監(jiān)管，這需要員工24小時(shí)倒班制，增加了員工的辛勞程度。二次調(diào)頻則是利用發(fā)電設(shè)備的自我調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的調(diào)節(jié)，在這種自動(dòng)化調(diào)節(jié)方式中，當(dāng)渦輪的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，通過改變閥門開度，解決工況不穩(wěn)定的問題，保障渦輪所受到的動(dòng)力在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，這樣渦輪就能按照一個(gè)平穩(wěn)的速度進(jìn)行運(yùn)行。同時(shí)對(duì)機(jī)器整體的維護(hù)也有著重要的意義，最重要的就是避免了需要人員進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)控的問題。

2.2 負(fù)載與熱力發(fā)電機(jī)機(jī)組功率間的關(guān)系

節(jié)流控制的作用特征與應(yīng)用場(chǎng)所：第一，沒有調(diào)節(jié)控制環(huán)節(jié)，氣體全部進(jìn)入；第二，工作運(yùn)行狀況發(fā)生改變時(shí)，溫度也維持較穩(wěn)，負(fù)載能良好的運(yùn)行；第三，工作運(yùn)行狀況發(fā)生改變時(shí)，流量消耗，效益不好；第四，其可應(yīng)用于容量較小或帶正常負(fù)載的巨型裝置。所謂的臨界壓力表示的是當(dāng)機(jī)組處于臨界運(yùn)行情景時(shí)，產(chǎn)生的壓力時(shí)，且與級(jí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。從某個(gè)角度上說，其數(shù)值通常相對(duì)較小。其相關(guān)的公式應(yīng)用的前提條件包括：裝置中就有三級(jí)以上的級(jí)數(shù)，相同工況，其每級(jí)流量值一樣，不同工作情況時(shí)，就保持其流通截面相同。壓力控制的特征：第一，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠程度，增強(qiáng)其負(fù)載適應(yīng)能力；第二，使整個(gè)系統(tǒng)在一定負(fù)載時(shí)有較好的效益；第三，滿負(fù)載時(shí)，壓力調(diào)節(jié)效益較差；第四，能應(yīng)用于單個(gè)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，蒸汽推動(dòng)葉片運(yùn)動(dòng)后，還具有一定的速度，且會(huì)損失剩下的未能轉(zhuǎn)化的機(jī)械能，這種現(xiàn)象稱之為余速損耗，用噴管的彎型弧長(zhǎng)除以整個(gè)管的周長(zhǎng)的結(jié)果來表征其調(diào)節(jié)氣體的大小。

3 容易出現(xiàn)的問題以及解決措施

3.1 損耗濕汽的因素

第一，濕潤(rùn)的氣體發(fā)生膨脹，其中有些因氣溫降低而變成了水，從而不能做功；第二，這些液態(tài)水的流速小于氣流速度，從而會(huì)降低氣體的速度，也會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)能損耗；第三，液態(tài)水都粘在管壁上了，既產(chǎn)生水的損耗又產(chǎn)做了無用功，使葉輪做功減少；第四，遇冷的水蒸汽使得汽量減少，而且還會(huì)損害葉輪的邊沿，尤其是會(huì)造成其背面彎處產(chǎn)生腐蝕。

3.2 防止?jié)衿麚p耗的要點(diǎn)

第一，實(shí)現(xiàn)過程中熱能再利用；第二，加裝減濕互環(huán)節(jié)；第三，使用帶收集液態(tài)水功能的噴管；第四，增強(qiáng)其抗腐蝕作用。整體裝置運(yùn)行過程中，要實(shí)現(xiàn)好各部件間的潤(rùn)滑效果，還可以使泵裝置、速度控制裝置的運(yùn)行，因?yàn)檫@些過程可能產(chǎn)生無用功，造成機(jī)械能損耗。

3.3 氣體沿軸流動(dòng)的裝置中，一般是蒸汽從氣壓強(qiáng)的入口端進(jìn)入、而從氣壓弱的出口端流出，這等同于對(duì)整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生一個(gè)沿軸方向的力，其方向由氣壓強(qiáng)處指向氣壓弱處。從而使轉(zhuǎn)軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通常稱這個(gè)力為沿軸推力。

3.4 級(jí)間工況變化的特點(diǎn)

第一，當(dāng)臨界點(diǎn)未出現(xiàn)時(shí)，其流量同各級(jí)間的壓力呈一定非簡(jiǎn)單正比的關(guān)系；第二，當(dāng)臨界點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，其流量同各級(jí)間的壓力呈正比關(guān)系，而且同其它參數(shù)沒有關(guān)聯(lián)。沿軸方向的推力特點(diǎn)：第一，蒸汽凝結(jié)成水時(shí)，推力變大；第二，液態(tài)水與葉輪發(fā)生撞擊時(shí)，推力也變大；第三，負(fù)載增大，推力變大；第四，負(fù)載被甩時(shí)，推力變大。第五、葉片老化，推力變大。以上所述的內(nèi)容，均為本人多年研究的成果的總結(jié)，且經(jīng)過大量的實(shí)際驗(yàn)證，歸納出熱能及動(dòng)力間的關(guān)聯(lián)或他們之間的變化。

結(jié)束語(yǔ)

熱電廠熱能動(dòng)力工程中，首先要掌握熱力發(fā)電的原理。然后針對(duì)其中對(duì)容易出現(xiàn)問題的蒸汽這一環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，找到改造的方式，通過一次調(diào)頻或者二次調(diào)頻的方式，讓其進(jìn)行一個(gè)穩(wěn)定工況的輸出，同時(shí)要認(rèn)識(shí)到熱力發(fā)電中的常見問題，并提出相應(yīng)的解決方式，提高能源的轉(zhuǎn)換率，提高發(fā)電機(jī)組的工作效率，達(dá)到熱力發(fā)電廠節(jié)能減排的目標(biāo)。

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